劉景權1, 羅果萍1, 劉吉濤2, 尚春江2, 周勝剛2

( 11 內蒙古科技大學材料與冶金學院, 內蒙古 包頭 014010;21 內蒙古包鋼還原鐵有限責任公司, 內蒙古 包頭 014010)

摘 要: 結合包鋼西部鏈篦機- 回轉窯球團生產實踐, 對所使用的三種含鐵原料的成球性、生球質量、預熱球強度、成品球團強度等進行了系統研究。其結果可為鞍鋼球團生產提供指導。

關鍵詞: 成球性; 生球強度; 爆裂溫度; 預熱球強度

1 前 言

隨著我國鋼鐵工業的快速發展, 高爐生產對含鐵原料的要求不斷提高, 高爐/ 精料0已成為降低成本、提高煉鐵競爭力的有效手段。高堿度燒結礦配加高品位的酸性球團礦被普遍認為是較為合理的高爐爐料結構。由于我國高質量酸性球團礦缺口較大, 而國際市場球團礦價格日益升高, 因而近年來鏈篦機- 回轉窯球團生產線在我國得到快速發展。提高鏈篦機- 回轉窯氧化球團生產能力和球團礦質量, 已成為我國煉鐵工業發展的必然趨勢[1~ 4]。

球團礦生產中, 鐵礦粉占造球原料的 90%以上, 其性能好壞直接影響球團生產效率和成品球質量[ 5, 6], 從而影響球團生產經濟技術指標。球團生產對鐵精礦的最基本要求是: 粒度較細; 水分適宜; 化學成分均勻穩定。此外, 鐵礦粉的成球性、生球強度和爆裂溫度、預熱球強度等性能指標對提高鏈篦機- 回轉窯的產量和質量也至關重要。

2 鐵礦粉成球性實驗

包鋼西部鏈篦機- 回轉窯球團生產所用含鐵原料化學成分見表 1。從表 1 可看出, 大堆料、巴潤精礦的 FeO 含量均高于 20%, 為磁鐵礦; 巴潤礦的 FeO 含量小于 20% , 為混合型精礦; 大堆料、巴潤精礦中有害元素 S 含量均高于0130% , 屬高硫礦; 巴潤礦中有害元素 F 、K、Na含量均較高。

鐵礦粉成球性的強弱可用成球性指數 K 的大小來表示[7], 如式( 1) 所示。

式中: W分為鐵礦粉的最大分子水含量(% );W毛為鐵礦粉的最大毛細水含量( %)。一般可按成球性指數大小對鐵礦粉的成球性進行評價, K= 0120~ 0135 屬于弱成球性, K = 0135~0160 屬于中等成球性, K = 016~ 018 屬于良好成球性, K> 018 屬于優等成球性。

2、1 最大分子水測量

實驗采用壓濾法測定鐵礦粉的最大分子水[5], 所用裝置如圖 1 所示。取一定量的造球鐵礦粉, 加水潤濕至飽和狀態, 靜置 2 小時, 以保證顆粒表面充分潤濕。測量時, 按圖 1 所示裝置裝料, 保證試樣受壓后厚度小于 2 mm。準備工作完成之后, 把壓模放在萬能壓力機上, 增大壓力到 6515 kg/ cm2, 恒壓 5 min 后取出試樣稱重, 質量記為 m1, 然后將試樣加熱到 105 e溫度下烘干 8 小時, 冷卻后稱重, 質量記為 m2;計算質量變化率, 連續 5 次實驗, 取其算術平均值。最大分子水含量按下式計算:

式中: W分) 試樣的最大分子水% ; m1) 試樣加壓后的質量 g; m2) 試樣烘干后的質量 g。

2、2 最大毛細水測量

采用容量法測量鐵礦粉的最大毛細水, 其測定裝置如圖 2 所示。容量法便于觀察毛細水的上升情況, 并且測定結果具有準確性。將礦粉在 110 e 下烘干 8 小時并保持松散; 將洗凈的玻璃料管浸于熔融的石蠟溶液中, 使石蠟在玻璃壁上涂抹均勻, 提出空冷后放入砂形漏斗的篩板上; 在料管中放入松弛器, 裝料后旋轉提出松弛器, 達到松散試料的目的; 在料管上口加蓋以防止水分揮發, 打開滴定管開始滴水, 直到試料吸水量達到飽和為止。比較試料吸水前后的質量, 計算試料的飽和吸水量。最大毛細水按下式計算:

式中: W毛) 試樣最大毛細水% ; m水) 試樣吸水量 g; m干) 干試樣質量 g 。

2、3 鐵礦粉成球性實驗結果

實驗所測三種鐵礦粉的成球性指數如表 2所示。可見, 三種鐵礦粉的成球性指數 K 均在0135~ 0160 范圍之內, 屬中等成球性。相比較,巴潤精礦的成球性最好, 大堆料的成球性最差,其原因可能是粒度組成不同所致。

3 鐵礦粉粒度組成分析

試驗采用 Coakter ls230 激光粒度分析儀對三種鐵礦粉的粒度組成進行了測定, 其粒度分布見圖 3~ 圖 5。

大堆料的平均粒徑為 77173 Lm, 中間粒度直徑為 56135 Lm; 巴潤礦的平均粒徑為 54138Lm, 中間粒度直徑為 43118 Lm; 巴潤精礦的平均粒徑為 39165 Lm, 中間粒度直徑為 30162Lm 。三種鐵礦粉粒度 - 200目和- 300目所占比例如表 3 所示。巴潤精礦的粒度最細, 巴潤礦的粒度居中, 大堆料的粒度最粗。與鐵精礦成球性指數研究結果對照可知, 鐵礦粉粒度組成對其成球性影響較大, 粒度越細其成球性能越好[7~ 9]。

4 鐵礦粉球團強度實驗

4、1 實驗條件

模擬包鋼西區鏈篦機- 回轉窯球團生產工藝條件, 對三種鐵礦粉進行造球、干燥、預熱和焙燒, 測定生球、預熱球和成品球強度。實驗所選工藝參數為: 干燥一段溫度 230 e , 時間 3 分鐘; 干燥二段溫度 320 e , 時間 6 分鐘; 預熱一段溫度 575 e , 時間 3 分鐘; 預熱二段溫度 950e , 時間 9 分鐘; 焙燒溫度 1 250 e , 時間 30 分鐘; 添加膨潤土 115% 、粘結劑 0175%。實驗結果如表 4 所示。

4、2 結果分析與討論

4、2、1 生球抗壓強度及其裂紋產生溫度

生球裂紋產生溫度與生球抗壓強度的排列順序為: 巴潤精礦> 巴潤礦> 大堆料。可見, 鐵礦粉粒度越細, 其成球性能越好, 對應生球抗壓強度和裂紋產生溫度也越高。因此, 通過增加造球原料中細粒度巴潤精礦的配比, 可有效改善混合料的成球性能及生球質量。三種鐵礦粉的生球爆裂溫度都在 700 e 以上, 均滿足球團生產要求。

4、2、2 不同鐵礦粉的預熱球強度及其礦相結構

不同鐵礦粉的預熱球礦相結構如圖6 所示。大堆料的預熱球主要由次生赤鐵礦、殘余磁鐵礦和脈石構成松散結構, 顆粒之間基本孤立, 少有連晶。磁鐵礦表面或沿解理縫都發生了一定程度的氧化, 但由于鐵礦物與脈石顆粒粗大, 磁鐵礦氧化程度較弱, 次生赤鐵礦中心殘余磁鐵礦較多, 形成了赤鐵礦和磁鐵礦的共晶結構, 幾乎沒有連晶生成, 預熱球強度較低, 為 38612 N/個。巴潤礦的預熱球主要由原生赤鐵礦、殘余磁鐵礦和脈石構成松散結構, 磁鐵礦表面或沿解理縫發生了微弱的氧化, 顆粒之間基本孤立,少有連晶。預熱球原生赤鐵礦含量較高, 脈石含量多、顆粒細小, 不利于強度的提高。特別是預熱過程中 CaF2與 K2O 及 Na2O 化合, 形成了易揮發的 KF 和 NaF, 使預熱球團氣孔率增大,強度顯著降低, 只有 23513 N/ 個。巴潤精礦的預熱球主要由次生赤鐵礦和少量脈石構成, 殘余磁鐵礦較少。磁鐵礦氧化程度較高, 形成了微弱的赤鐵礦連晶, 氣孔分布均勻, 預熱球強度很高, 達到 87913 N/ 個。其原因在于巴潤精礦品位高、脈石含量少, 且粒度均勻、細小, 預熱過程中磁鐵礦易于氧化形成一定量的赤鐵礦連晶, 且氣孔分布均勻, 使預熱球強度升高。

4、2、3 不同鐵礦粉的成品球強度及其礦相結構

不同鐵礦粉的成品球礦相結構如圖 7 所示。大堆料的成品球主要由赤鐵礦、脈石和少量液相構成。赤鐵礦晶粒粗大, 邊緣不規則或形成連晶。脈石含量較高為 5% , 其顆粒粗大,基本沒有熔化, 形成的液相很少, 只有 2%。孔隙分布均勻, 孔隙率較低, 只有 22% 。這是普通鐵礦球團礦的結構特點, 這種結構的球團礦強度較高, 達到 2 50618 N/ 個, 還原膨脹率較低。分析其原因, 主要是大堆料品位較高, 脈石含量較少, 且其粒度較粗, 相應脈石顆粒較大、分布集中, 不易礦化形成液相, 對赤鐵礦連晶的破壞作用較小, 經高溫焙燒后赤鐵礦連晶較發展, 故球團礦強度較高。可見, 對于顆粒較粗的大堆料, 提高焙燒溫度可顯著提高球團礦強度, 預熱球與成品球強度差別較大。巴潤礦的成品球主要由赤鐵礦和液相構成。液相量較高為 5% , 孔隙較發育, 大小不均勻, 孔隙率較高為 35% 。較大的赤鐵礦晶粒邊緣渾圓, 有晶須生成。較小的赤鐵礦晶粒一般呈渾圓狀, 分布于液相之中。

這是白云鄂博鐵礦球團礦的特點, 這種結構的球團礦強度較低, 只有 191513 N/ 個, 還原膨脹率較高。分析其原因在于: 巴潤礦品位較低, 只有 62120%, 脈石含量較高, 且其中 F、K、Na 含量較高, 一方面 CaF2較易與 K2O 及 Na2O 化合,形成易揮發的 KF 和 NaF, 使球團礦氣孔率增大; 另一方面焙燒過程中易于形成含 F、K、Na的低熔點硅酸鹽液相, 阻礙連晶發展, 致使球團礦強 度降 低。此外, 巴 潤 礦 FeO 含量 只有11140% , 其磁鐵礦含量低, 屬于混合型鐵精礦,不利于連晶的發展。就連晶固結能力而言, 磁鐵礦要優于赤鐵礦, 因為在氧化性氣氛下, 赤鐵礦只有在 1 300 e 以上的高溫下才能發生簡單的晶粒長大和再結晶過程, 從而獲得連晶強度,而磁鐵礦在 200 e 便開始氧化, 并放出熱量, 生成的 Fe2O3 微晶具有高度的遷移能力, 其結晶和晶粒長大的速度很快, 從而可獲得比赤鐵礦高的連晶固結強度。因此, 巴潤礦的預熱球及成品球強度均很低。巴潤精礦的成品球主要由赤鐵礦和液相構成。液相量較少為 3%, 孔隙率較低為 25% , 孔隙分布較均勻, 赤鐵礦連晶較發展, 球團礦強度較高為 265612 N/ 個。其原因在于: 鐵精礦品位高, 粒度細小, 脈石含量低, 分布均勻, 焙燒過程中在細小的赤鐵礦晶粒之間易于產生連晶, 脈石易于礦化形成液相, 少量液相在赤鐵礦連晶的邊緣上均勻分布, 對連晶結構的破壞作用小, 故球團礦強度高。

5 結 論

1) 鐵礦粉粒度組成對其成球性及生球質量影響較大, 粒度越細其成球性能越好, 對應生球抗壓強度和裂紋產生溫度也越高。三種鐵礦粉中巴潤精礦的成球性較好, 大堆料的成球性較差, 但三種鐵礦粉均屬中等成球性。通過增加造球原料中細粒度巴潤精礦的配比, 可有效改善混合料的成球性能及生球質量。

2) 大堆料品位較高, 鐵礦物粒度較粗, 脈石含量較少、顆粒較大、分布集中。雖然在預熱過程中鐵礦物較難氧化產生連晶, 預熱球強度較低, 但經過高溫焙燒后赤鐵礦連晶得到發展, 脈石不易礦化形成液相, 對赤鐵礦連晶的破壞作用較小, 因而球團礦強度較高。

3) 巴潤礦品位較低, 粒度較細, 脈石含量較高, 且其中 F、K、Na 含量較高。一方面在預熱和焙燒過程中 CaF2較易與 K2O 及 Na2O 化合,形成易揮發的 KF 和 NaF, 使預熱球和成品球氣孔率增大, 強度降低; 另一方面在焙燒過程中易于形成含 F、K、Na 的低熔點硅酸鹽液相, 阻礙連晶發展, 影響球團礦強度; 此外, 巴潤礦 FeO含量低, 屬于混合型鐵精礦, 不利于焙燒過程中鐵礦物連晶的發展, 也會影響球團礦強度。

4) 巴潤精礦品位高、粒度細、脈石含量低且分布均勻。在預熱和焙燒過程中磁鐵礦易于氧化形成連晶, 成品球液相量少, 孔隙率低, 結構均勻, 液相在赤鐵礦連晶的邊緣上均勻分布, 對連晶結構的破壞作用較小, 預熱球及成品球強度均很高。

參考文獻

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